酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(二)

酸鹼(Acid and Base)化學的發展史(二)
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

pH值的提出—化繁為簡西元1909年，丹麥生化學家索倫森(Søren Peder Lauritz Sørensen, 1868-1939)發表了pH值的概念，以簡單的數學方式來表達阿瑞尼士理論中，「氫離子濃度越高，酸性越高」的意涵。他所引進的表達方式中，p代表一切數值取對數後的負值，而H則代表氫離子的濃度，pH值即為-log[H⁺]。在其發表的論文中，也企圖以電極電位測量的方式來決定水溶液的pH值，雖然他所提出的方法繁瑣複雜、結果也未臻完善，但開啟了「pH值測定儀」發展研究之門。

三星輝映的1923
西元1923年，丹麥物理化學家布忍斯特（Johannes Nicolaus Brønsted, 1879-1947）與英國有機化學家洛瑞（Thomas Martin Lowry, 1874-1936）不約而同提出「酸鹼反應中，捐贈質子（proton donor）者，謂之酸；而接受質子（proton acceptor）者，謂之鹼」的理論，以補阿瑞尼士學說中，只侷限「酸鹼反應」在水溶液中進行的不足，是為如今為人熟知的「布洛學說」（Brønsted-Lowry Acid-Base Theory）。

無獨有偶，美國物理化學家路易斯（Gilbert Newton Lewis, 1875-1946）也在同年（西元1923年）提出了「酸鹼反應中，接受電子（electron acceptor）者，謂之酸；而捐贈電子（electron donor）者，謂之鹼」的理論。「路易斯酸鹼理論」（Lewis Acid-Base Theory）中的定義，能廣泛應用於各種相態（如氣態等）下進行的酸鹼反應，故也稱為「廣義酸鹼理論」。

極致的挑戰—王水、超酸、到魔法酸
酸鹼化學的發展除了在「理論」與「實驗測量技術方法」上屢屢演進之外，「製造更強大的酸鹼物質」的熱望，也始終存在於化學家的心裡。 「酸到底有多大的威力？」早在約莫西元800年，波斯煉金術士吉堡（Jabir Ibn Hayyan, 720-813）將鹽酸與硝酸以3比1的比例混合得到的溶液，能將金屬之王—金（Gold）溶解，這是純鹽酸或純硝酸無法做到的，於是他將這強大的溶液命名為王水（aqua regia, regia在拉丁字義上即為皇族），而王水也是當時「點石成金」的法寶。一直到現在，王水仍被用來冶金。這是人們認知酸強大威力的最早記載。 西元1927年，哈佛大學化學學者柯南特（James Bryant Conant, 1893-1978）將硫酸（H₂SO₄）與氟化磺酸（Fluorosulfuric Acid, FSO₃H）混合後，發現其酸度遠遠超過為人所熟知的一般無機酸，因而將這類「酸度大於純硫酸百倍以上（最強大者甚有超過百萬倍！）」的物質稱為「超酸（Superacid）」。而在1960年代，美國化學家奧拉（George Andrew Olah）將五氟化銻（Antimony Pentafluoride, SbF₅）與氟化磺酸混合後得到的溶液，其酸度又比超酸更強大，甚至能強迫石蠟接受質子，致使消融，因此他將這類能溶解碳氫化合物的酸稱為「魔法酸（magic acid）」。 化學的發展中，若著墨「酸鹼化學」這個篇章那必定是精采萬分。

表一列出幾個與「酸鹼化學」發展息息相關的化學大事件，透過這簡要的年鑑，或許我們更能深刻體會文明的演進是一步一腳印的歷程。

表一 歷史年鑑: 十九世紀之後 酸鹼化學與其相關研究發展

延伸閱讀：
Timeline of hydrogen technologies.
http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_o … chnologies

關於酸鹼化學的發展史，請繼續閱讀以下文章:
1. 酸鹼（Acid and Base）化學的發展史(一)
2. 阿瑞尼斯與「電解分離」說（Arrhenius and Dissociation Theory）
參考資料：
1. Lensey, M. S. Today’s Chemist at Work, Mar 2003, 47-48 2. Muir, M. M. P. A History of Chemical Theories and Laws. New York: Wiely, 1907. (E-book from American Libraries: http://www.archive.org/details/historyo … 00muirrich)
3. Nicholson, J. W. “ A Brief History of Acidity”, Education in Chemistry, Jan 2004, http://lclane.net/text/acidity.html
4. Habashi, F., Hydrometallurgy, 2005, 79, 15-22